Использование литого наконечника винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах
В статье рассматриваются вопросы целесообразности применения винтовых свай с литым наконечником в многолетнемерзлых грунтах.
Содержание статьи:
1. Физические и механические свойства многолетнемерзлых грунтов
2. Особенности установки винтовых свай в многолетнемерзлые грунты
3. Коррозионная агрессивность многолетнемерзлых грунтов по отношению к стали
4. Выводы
О преимуществах и недостатках использования литых/сварных наконечников винтовых свай в сезоннопромерзающих грунтах мы подробно рассказываем в статье «В каких случаях следует использовать литой наконечник». Здесь же мы хотим рассмотреть вопросы применения винтовых свай с литым наконечником в многолетнемерзлых грунтах.
1. Физические и механические свойства многолетнемерзлых грунтов
Многолетнемерзлые грунты находятся в мерзлом состоянии в течение трех и более лет. В ненарушенном состоянии имеют высокую несущую способность.
В природных условиях могут находиться в твердомерзлом, пластично-мерзлом или сыпучемерзлом состояниях:
- Твердомерзлые грунты прочно сцементированы льдом. При относительно быстром приложении усилий происходит их хрупкое разрушение. Под действием нагрузок от сооружений эти грунты практически не сжимаются.
- Пластичномерзлые грунты сцементированы льдом, но обладают вязкими свойствами. Они характеризуются достаточно большой сжимаемостью.
- Сыпучемерзлые грунты – это грунты, имеющие отрицательную температуру, но не сцементированные льдом. К ним относятся крупнообломочные, гравелистые и песчаные грунты с суммарной влажностью менее 0,03.
2. Особенности установки винтовых свай в многолетнемерзлые грунты
Существует мнение, что сваи с литым наконечником гораздо больше подходят для использования в грунтах:
- прочных скальных;
- крупнообломочных;
- с включениями (природный и/или техногенный мусор).
К этой же группе, как правило, относят и многолетнемерзлые грунты.
Такой подход связан с широкой распространенностью тезиса, согласно которому литая конструкция превосходит сварную по прочности именно потому, что не имеет сварных соединений. Однако это утверждение ошибочно.
В действительности место, где находится сварной шов, всегда прочнее за счет большего сечения. В остальном же характеристики свариваемого материала ничем не отличаются от отлитого в форме.
Кроме того, необходимо учитывать, что для погружения винтовых свай в грунт в условиях многолетней мерзлоты используется лидерное бурение на глубину погружения шнеком, диаметр которого равен диаметру ствола сваи. Это означает, что нагрузка на наконечник и лопасть процессе погружения всегда будет минимальна.
3. Коррозионная агрессивность многолетнемерзлых грунтов по отношению к стали
Многолетнемерзлые грунты это, как правило, высокоомные грунты (удельное электрическое сопротивление 100 Ом.м и более). В связи с этим они в большинстве случаев имеют низкую степень коррозионной агрессивности и характеризуются низкими содержанием растворенных солей и значением водородного показателя рН.
Исследования развития коррозии трубной стали в многолетнемерзлых грунтах показывают, что максимум скорости местной коррозии приходится на летне-осенний период первого года после погружения. Это связано с тем, что во время установки нарушается структура грунтов, а следовательно, возрастает их температура и воздухопроницаемость.
В последующие годы скорость коррозии значительно снижается и стабилизируется. Этому способствует образование мерзлого слоя грунта вокруг коррозирующей поверхности в зимний период, в результате которого с октября по май прекращаются все фазовые переходы, перекрывается доступ атмосферному кислороду к стальной поверхности, что тормозит ее деполяризацию. Скорость общей коррозии в этот период составляет 0,05-0,02 мм/год (с учетом сезонных колебаний температуры и влажности).
В то же время, поверхностный слой грунта, в котором также располагается винтовая свая, подвергается сезонному оттаиванию (промерзанию). Из-за наличия в нем влаги и доступа кислорода именно он оказывает наибольшее негативное влияние на металлоконструкции. Однако использование литого наконечника в этом случае ни коим образом не позволяет минимизировать данное негативное воздействие.
4. Выводы
Из сказанного следует, что, во-первых, во время погружения наконечник подвергается минимальному воздействию. Следовательно, использование сварных свай позволит обеспечить запас прочности, достаточный для установки в многолетнемерзлые грунты.
Во-вторых, коррозионные процессы развиваются и протекают на участке «атмосфера – грунт», поэтому расчет срока службы необходимо осуществлять именно для наиболее опасного участка. Измерения коррозионной агрессивности грунтов, на основании данных которых выполняются расчеты, необходимо осуществлять в период наибольшего оттаивания.
Таким образом, использование литых наконечников винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах является нецелесообразным.